DE2424230A1

DE2424230A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen giessen von metallen und giessverfahren

Info

Publication number: DE2424230A1
Application number: DE2424230A
Authority: DE
Inventors: Marcel Vincent Carrara
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-06-28
Filing date: 1974-05-18
Publication date: 1975-01-16
Also published as: NL7408658A; CH600967A5; AU6980674A; ZA743434B; ATA466974A; SE7408526L; ES427738A1; ES434437A1; AT338983B; FR2234943B1; GB1471693A; US3924036A; FR2234943A1; DE2424230C2; BR7405381D0; CH580452A5; IT1015475B; PH11802A; CA1028820A; JPS5070236A

Description

Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metallen und Gießverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metallen oder das sogenannte 'Tauchformverfahren" von Metallguß. Die Vorrichtung umfaßt einen Tiegel oder einen feuerfesten Behälter für geschmolzenes Metall, der mit einer Eingangsöffnung oder einem Loch für die Einführung und den Durchtritt eines Kernteiles in den Tiegel oder Behälter und durch das darin enthaltene geschmolzene Metall hindurch versehen ist. Ein Durchführungsteil aus feuer-

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festem bzw. hochwarmfestern Metall ist in die Eingangsöffnung oder das Loch eingesetzt, um für eine relativ abnutzungsbeständige Abdichtung um den sich bewegenden Kernteil herum zu sorgen.

Das Tauchformverfahren des kontinuierlichen Gießens, bei dem ein Kernteil nach oben durch einen Tiegel mit geschmolzenem Metall hindurchgeführt wird, und Einrichtungen dafür sind in vielen US-PatentSchriften vorgeschlagen bzw. beschrieben:

3 008 201 3 094 752 , 3 510

3 060 053 3 235 960 3 538

3 OoO 054 3 424 130 3 598 O85

3 060 055 3 466 186 3 160 204

3 060 056 3 484 28O 3 709 722

Das Tauchformverfahren des kontinuierlichen Gießens, wie es bisher durchgeführt wurde und für das die bekannten Vorrichtungen vorgesehen sind, beinhaltete einen schwerwiegenden Nachteil in der Form der Einführung von verunreinigenden Körpern aus Fremdmetall oder Fremdmaterial in das gegossene Produkt. Die häufigste Quelle derartiger Körper aus Fremdmetall oder Fremdmaterial in dem gegossenen Produkt, die als "Einschlüsse" bezeichnet werden, scheint der Durchführungsteil in der EingangsÖffnung in der Bodenwand des Tiegels zu sein, der als eine eng passende Dichtung um den Kernteil herum verwendet wird, wenn dieser sich durch die Eingangsöffnung hindurch in den geschmolzenen Inhalt des Tiegels bewegt. Es hat den Anschein, daß sich Partikelchen von dem Durchführungsteil trennen, der üblicherweise aus einem harten feuerfesten bzw. hochwarmfesten Material wie gesintertem Molybdän aufgebaut ist, und in den sich durch diesen hindurchbewegenden Kernteil eintreten. Diese eingebetteten Fremdpartikelchen oder Fremdkörper in dem Kernteil werden dann durch den Gießvorgang mitgetragen, wobei sie dann vollständig in dem gegossenen Produkt, eingeschlossen werden.

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Das Vorhandensein von Partikelchen aus irgendeinem Premdmetall oder einem anderen Material aus dem Durchführungsteil, oder was auch immer die Quelle sein mag, in den gegossenen Metallprodukten stellt einen wesentlichen Nachteil bei den anschließenden Metallbearbeitungsvorgängen, wie beispielsweise dem Ziehen, Walzen, Schmieden, Extrudieren und ähnlichem, und in den davon abgeleiteten Produkten dar» Darüber hinaus wird das Tauchformverfahren des kontinuierlichen Gießens hauptsächlich bei kommerziellen Herstellungsverfahren zur Fertigung von Kupferstäben angewendet, die zum Ziehen elektrisch leitender Drähte benutzt werden. Die Existenz von irgendwelchen Fremdpartikelchen, und insbesondere von einem sehr harten Material wie beispielsweise Molybdän in Kupferstäben stellt einen besonders ernsten Nachteil beim Ziehen von Draht dar, da deren Vorhandensein häufige Brüche in den sich verlängernden Strängen verursachen, wodurch das Produktionssystem unterbrochen wird, oder sie führen zu geschwächten und verschlechterten Drahtprodukten. Auch der Durchtritt von relativ harten Partikelchen wie beispielsweise Molybdän, die in Kupfer eingeschlossen sind, durch Ziehwerkzeuge oder Reduzierwalzen und andere metallbearbeitende Einrichtungen ist nachteilig für derartige Geräte.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb im wesentlichen darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausführen eines kontinuierlichen Metallgieß- oder Tauchformverfahrens zu schaffen, bei dem ein Kernteil nach oben durch einen geschmolzenes Metall enthaltenden Tiegel hindurchgeführt wird, wobei das Auftreten von eingeschlossenen Partikelchen oder Körpern aus Fremdmaterial oder Fremdmetall, den sogenannten Einschlüssen, in den gegossenen Produkten im wesentlichen eliminiert sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Durchführungseinsatz für die Eingangsöffnung des Tiegels vorgesehen ist, der aus Molybdän gebildet ist, das mit geringeren Mengen

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sowohl an Titan als auch Zirkonium legiert ist, und der Kernteil durch diese Durchführung hindurch in den Tiegel geführt wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und. Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansieht von einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wobei der Kernteil und das gegossene Produkt von der Seite gezeigt isind.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht von einem Teil der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei der Kernteil und das gegossene Produkt wiederum von der Seite gezeigt sind.

In Fig. 1 ist ein metallischer Kernteil 10, wie beispielsweise ein Kupferstab, gezeigt, der kontinuierlich nach oben durch die Vorrichtung eines kontinuierlichen Gießsystems.12 geführt wird. Der Kernteil kann durch geeignete Antriebsmittel, wie beispielsweise Zuführrollen 14 und 14' und Aufnahmerollen 16 und 16^! durch die Vorrichtung bewegt werden. Der Kernteil 10 wird vorzugsweise zunächst durch ein ringförmiges Schnittwerkzeug 18 geführt, das kontinuierlich einen Teil der äußeren Oberfläche des Kernteiles abschabt bzw. abschleift, um Oberflächenoxide oder Verunreinigungen zu beseitigen und für eine saubere Metallfläche für das Anhaften von geschmolzenem Metall zu sorgen. Es können jedoch auch andere Mittel, wie beispielsweise ein Säurebeizbad, zur wirksamen Reinigung der Oberfläche des Kernteiles dienen. Das ringförmige Schnittwerkzeug 18 ist jedoch eine bevorzugte Vorrichtung, da es neben anderen Gründen auch eine Dichtfunktion am Systemeingang ausübt.

Wenn der Kernteil 10 das Schnittwerkzeug 18 passiert hat, tritt er abgeschabt und gereinigt in eine Vorkammer 20 ein, die vorzugsweise beispielsweise durch eine Leitung 22 evakuiert ist, um

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den abgeschabten Kernteil möglichst wenig gegenüber Sauerstoff und anderen von der Luft mitgetragenen Verunreinigungen auszusetzen.

Der Tiegel 24, der ein geeignetes feuerfestes bzw. hochwarmfestes Gefäß zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls 26, wie beispielsweise Kupfer, enthält, ist vorzugsweise abgeschlossen, um den Inhalt vor der Atmosphäre zu schützen. Der Tiegel 24 ist mit einer Eingangsöffnung oder einem Loch 28 versehen, das in seiner Bodenwand 30 unter der Oberfläche.des geschmolzenen Metalls angeordnet ist, damit der Kernteil 10 durch die öffnung hindurch nach oben in den Innenraum der Tiegelkammer und durch das darin enthaltene geschmolzene Metall 26 geführt wird. Ein Durchführungsteil oder^Einsatz 32» der aus einem feuerfesten bzw. hochwarmfesten Material gebildet ist, ist innerhalb der Eingangsöffnung 28 des Tiegels 24 vorgesehen, und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verläuft der Durchführungsteil von der Vorkammer 20 zum Tiegel 24 im wesentlichen so, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Durchführungsteil oder Einsatz 32, der für den Durchtritt des Kernteiles in den Tiegel vorgesehen ist, aus Molybdänmetall zusammengesetzt oder aufgebaut, das mit kleineren Mengen von sowohl Titan als auch Zirkonium legiert ist. Beispielsweise können wenigstens etwa 99 Gew.-? Molybdän mit etwa 0,25 bis 1,0 Gew.-? Titan und etwa 0,04 bis 0,2 Gew.-Ji Zirkonium legiert sein. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Durchführungsteil 32 aus einer Legierung aufgebaut, die im wesentlichen aus etwa 0,48 Gew.-? Titan und etwa 0,9 Gew.-? Zirkonium und dem Rest Molybdän besteht.

Es wurde gefunden, daß Durchführungen oder Einlaßöffnungseinsätze, die aus den vorgenannten Molybdänlegierungen aufgebaut sind, das Auftreten von Einschlüssen oder das Vorhandensein von Partikelchen

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aus Fremdmaterial oder einem anderen Material innerhalb der daraus gebildeten Gußprodukte wirksam eliminieren. Weiterhin wurde gefunden, daß aus diesen Legierungen gebildete Durchführungsteile für außergewöhnlich verlängerte Standzeiten sorgen, die bis zu 7-mal länger als diejenigen von bekannten Durchführungen sind, welche aus anderen feuerfesten bzw. hochwarmfesten Materialien wie gesintertem Molybdän bestehen.

ßeim Durchtritt durch das Bad aus geschmolzenem Metall 26 in der Vorrichtung gemäß der Erfindung setzt der relativ kalte Kernteil 10 zunehmend auf seiner Oberfläche eine Ansammlung aus erstarrender Schmelze an. Der Kernteil tritt dann aus dem Tiegel 2k nach oben aus durch eine Ausgangsöffnung 3^ oder einem Loch in der Oberwand 36 des Tiegels 24. Nach Austritt aus der Tiegelkammer bewegt sich das gegossene Produkt durch eine Wasserbesprühung oder eine andere geeignete Kühleinrichtung, um die Temperatur des Gußproduktes herabzusetzen.

Bevor gefunden wurde, daß das Auftreten von Einschlüssen oder Körpern aus Fremdmaterial praktisch eliminiert werden kann durch die Verwendung von Durchführungseinsätzen, die aus den Molybdänlegierungen gemäß der Erfindung aufgebaut sind, waren Brüche beim Ziehen von Kupferdraht aus gegossenen Kupferstäben, die durch das Tauchformverfahren hergestellt waren, eine relativ allgemeine Erscheinung aufgrund des Vorhandenseins von eingeschlossenen Partikelchen aus Fremdmaterial. Nach der Verwendung von Durchführungseinsätzen aus der Molybdänlegierung in der Produktion von kontinuierlich gegossenen Kupferstäben traten über einen Zeitraum von mehreren Monaten bei der DrahtZiehproduktion keine Brüche oder Unterbrechungen auf, die durch Einschlüsse oder Fremdpart ikelchen verursacht waren. Ferner wurde die Laufzeit der den Draht ziehenden Fertigungsmaschinen um etwa 20 % erhöht.

MolybdänIegierungen des Typs, die für eine Verwendung bei der Herstellung der Durchführungsteile oder Einsätze gemäß der Er-

findung für eine Verwendung in Tauchformvorrichtungen und der Produktion geeignet sind, sind in Alloy Digest, August 1964, angegeben, das von der Engineering Alloy Digest Inc. Upper Montclair, New Jersey, veröffentlicht ist. Die Zusammensetzungen von kommerziellen Legierungsquellen sind darin wie folgt angegeben:

Titan 0,40 - 0,55

Zirkonium 0,06 - 0,12

Kohlenstoff 0,01 - 0,04

Sauerstoff 0,0025 max.

Wasserstoff 0,0005 max.

Stickstoff 0,002 max.

Molybdän 99,25 min»·

Auch wenn in der vorstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung Kupfer angegeben wurde, so können die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung auch beim Gießen anderer Metalle verwendet werden. Beispielsweise kann die Erfindung beim Gießen von im wesentlichen jedem Metall oder jeder" Legierung auf einem Kernteil angewendet werden, das aus dem gleichen Metall oder der gleichen Legierung wie die Schmelze oder einem anderen Metall oder Legierung aufgebaut ist, und sie kann bei Plattierungs- oder Einkapselungsarbeiten Anwendung finden.

Zusätzlich zur Überwindung des Problems von "Einschlüssen" eliminiert der Molybdänlegierungseinsatz gemäß der Erfindung auch einige der Gründe der Bildung von "Glocken", die intermittierende übergroße Aufwüchse oder die Aufbringung von übermäßigen und unregelmäßigen Ansammlungen von geschmolzenem Metall auf dem sich bewegenden Kernteil darstellen. Beispielsweise sorgt der Molybdänlegierungseinsatz für eine viel größere Beständigkeit gegenüber Benetzung durch das geschmolzene Kupfer und somit für das Anhaften und den Aufbau von abgekühlter Schmelze in der Nachbarschaft des durch den Einsatz hindurchtretenden Kernstabes. Darüber

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hinaus eliminiert die Freiheit der Legierungen von hohen Oxidgehalten eine Quelle für das Abkühlen der Kupferschmelze im Bereich um den Kernstab herum.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Metallen, wobei ein metallischer Kernteil nach oben durch einen geschmolzenes Metall enthaltenden Tiegel geführt wird und dabei geschmolzenes Metall auf dem Kernteil anwächst und erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (24) für die Aufnahme von geschmolzenem Metall (26) eine Eingangsöffnung (28) unter der Oberfläche des geschmolzenen Metalls für die Durchführung des metallischen Kernteiles (10) in den Tiegel (24) hinein und durch dessen Inhalt hindurch aufweist, wobei in der Eingangsöffnung (28) ein Durchführungsteil (32) angeordnet ist, der im wesentlichen aus einer Molybdänlegierung besteht, die kleinere Mengen an Titan und Zirkonium enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Molybdänlegierung etwa 0,25 bis 1,0 Gew.-? Titan und etwa 0,04 bis 0,2 Gew.-? Zirkonium enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Molybdänlegierung etwa 0,40 bis 0,55 Gew.-? Titan und etwa 0,06 bis 0,12 Gew.-? Zirkonium enthält. ·

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (24) eine geschlossene Kammer umgebende Wände aufweist zur Aufnahme von geschmolzenem Kupfer, wobei die Bodenwand (30) des Tiegels (24) mit einer Eingangsöffnung (28) und eine Oberwand (36) mit einer Austrittsöffnung (34) für den Durchtritt eines Kernteiles (10) aus Kupfer durch die geschlossene Kammer des Tiegels und des darin enthaltenen geschmolzenen Kupfers aufweisen, und der in der Eingangsöffnung (28) der Bodenwand (30) des Tiegels (24) angeordnete feuerfeste Durchführungsteil (32)

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im wesentlichen aus der Molybdänlegierung besteht, die kleinere Mengen an Titan und Zirkonium enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Molybdänlegierung wenigstens etwa 99,25 Gew.-% Molybdän und etwa 0,48 Gew.-It Titan und etwa 0,9 Gew.-% Zirkonium umfaßt.

6. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Kernteil (10) aus Kupfer nach oben in und durch einen Tiegel (2¹i) hindurchgeleitet wird, der Kupfer als geschmolzenes Metall enthält, der Kernteil in den Tiegel mit dem geschmolzenen Metall durch einen Durchführungsteil (32) hindurch eintritt, der im wesentlichen aus einer Molybdänlegierung besteht, die kleinere Mengen an Titan und Zirkonium enthält, und dadurch geschmolzenes Metall auf dem Kernteil anwächst und erstarrt, und der Kernteil mit dem angewachsenen und erstarrten geschmolzenen Metall aus dem Tiegel austritt und abgekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchführungsteil (32) aus einer Molybdänlegierung besteht, die etwa 0,25 bis 1,0 Gew.-% Titan und etwa 0,04 bis 0,2 Gew.-Ϊ Zirkonium enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchführungsteil (32) aus einer Molybdänlegierung besteht, die etwa 0,40 bis 0,55 Gew.-^ Titan und etwa 0,06 bis 0,12 Gew.-% Zirkonium enthält.

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